Produktionsplanung in Gießereien — warum Standard-Logik an ihre Grenzen stößt
In der diskreten Fertigung ist Produktionsplanung ein gelöstes Problem. Material Requirements Planning — MRP — berechnet aus Stücklisten, Durchlaufzeiten und Beständen einen Fertigungsplan. Das ERP-System übernimmt, der Planer überwacht, die Fertigung arbeitet ab.
In Gießereien funktioniert es — auf dem Papier. In der Praxis sitzt in jeder Gießerei die ich kenne ein erfahrener Planer, der den MRP-Vorschlag anschaut und den Plan manuell umstellt. Nicht weil er das System nicht versteht. Sondern weil er die Gießerei versteht.
„Um zu zeigen warum, muss man tiefer einsteigen als in die üblichen Schlagworte von ‚komplexen Prozessen'. Man muss die Planungslogik dort aufmachen, wo sie in der Gießerei konkret bricht."
Die Charge diktiert das System
Nehmen wir eine typische Eisengießerei. Die Formanlage läuft mit 120 Kästen pro Stunde. Die Gießleistung liegt bei 10 Tonnen Flüssigeisen pro Stunde. Das Eisen kommt in Chargen aus dem Ofen — bei einem Zehnminuten-Takt ergibt sich eine Chargengröße von rund 1.670 Kilogramm.
Diese Charge muss vergossen werden. Flüssigeisen wartet nicht. Die Metallurgie verändert sich mit jeder Minute — Temperatur sinkt, Magnesium fadet, Keimbildung lässt nach. Die Formanlage hat ein Zeitfenster von zehn Minuten, um diese 1.670 Kilogramm in Kästen unterzubringen.
Kastengewicht vs. Charge — zwei Szenarien
Beides führt zu Minderleistung an Kästen. Und wenn die Anlage steht, passiert etwas anderes als bei langsamem Laufen: A geht einen Kaffee holen, B muss auf die Toilette, C quatscht mit D. Wenn dann gegossen wird, dauert es bis sie wieder anfangen. Dieses Szenario kostet mehr Energie und Zeit, als man denkt und vor allem wahrnimmt.
„Kein Standard-MRP rechnet das. MRP plant in Stückzahlen und Durchlaufzeiten. Es weiß nicht, dass 1.670 Kilogramm Flüssigeisen in zehn Minuten vergossen werden müssen und dass das Kastengewicht bestimmt, ob die Anlage das überhaupt schafft."
A/B-Planung: Zwei Aufträge gleichzeitig gegen den Eisenstrom
Die Praxis heißt A/B-Planung. Man legt zwei Aufträge gleichzeitig auf die Formanlage — einen mit schwerem Kastengewicht, einen mit leichtem — so dass in Kombination die Charge in der verfügbaren Zeit abgenommen wird. Zum Beispiel: 8 Kästen à 130 kg plus 12 Kästen à 55 kg = 1.700 kg — das passt zur Charge.
Klingt einfach. Ist es nicht.
Diese A/B-Kombination muss laufend gegen den Flüssigeisenstrom gerechnet werden — nicht einmalig am Planungstag, sondern in Echtzeit. Mikrostörungen verschieben den Takt: ein Kernbruch, eine Formstörung, ein Gießstopp. Die Gießtemperatur variiert. Der Personalbedarf unterscheidet sich.
„Der erfahrene Meister macht das — er sieht die Pfanne kommen, kennt die Aufträge, spürt den Takt der Anlage und weiß welche Kombination gerade passt. Das ERP sieht eine Auftragsliste mit Stückzahlen und Lieferterminen."
Das ist kein Reihenfolgeproblem. Das ist ein Synchronisationsproblem in Echtzeit.
Die Kaskade nach vorn: Kernvorlauf, Fläche, Rüsthäufigkeit
Jeder Rüstvorgang ist eine Gelegenheit für Abweichungen — falscher Schießdruck, falsche Aushärtezeit, verwechseltes Werkzeug. Diese Fehler setzen sich bis an die Formanlage fort.
„In einer Gießerei ist die Rüsthäufigkeit in der Kernfertigung kein isoliertes Verschwendungsproblem — sie ist ein direktes Ergebnis der Kastenplanung auf der Formanlage. Man kann sie nicht getrennt optimieren."
Die Kaskade nach hinten: Kühlbahnhof und gemischter Output
Nach dem Guss laufen die Kästen durch den Kühlbahnhof. Dessen Kapazität ist begrenzt — physisch, in Metern Transportstrecke und Verweildauer. Wenn die A/B-Planung dazu führt, dass schwere und leichte Teile im Wechsel kommen, haben diese unterschiedliche Verweilzeiten. Schwere Teile brauchen länger zum Abkühlen.
Wenn der Kühlbahnhof voll läuft, muss die Formanlage leichtere Teile fahren — und die Charge-Rechnung bricht zusammen.
Der Output ist bei A/B-Planung nicht mehr homogen. Es kommen nicht mehr hundert gleiche Teile hintereinander, sondern ein Wechsel aus A und B. Das bedeutet: Die Putzerei bekommt gemischten Input, die Mitarbeiter müssen sortieren. Alles machbar — aber alles mit Aufwand verbunden der in keinem Standard-Maschinenstundensatz so enthalten ist.
Weiche Faktoren die harte Kosten verursachen
Die Kosten eines Gussteils werden typischerweise über Materialkosten, Personalkosten und Maschinenstundensätze kalkuliert. Was nicht immer erfasst wird, sind die Kosten die sich aus der Planung und Artikelverteilung ergeben — die betrieblichen Gegebenheiten die durch die Synchronisation von Charge, Kasten, Kern und Kühlbahnhof entstehen.
Ein Gussteil mit idealem Kastengewicht verursacht andere reale Kosten als eines mit starker Abweichung — sowohl nach unten als auch nach oben. Ein Teil das sechs komplexe Kerne braucht verursacht andere Kosten als ein kernloses Teil — nicht nur in der Kernfertigung selbst, sondern in der Rüsthäufigkeit, im Vorlauf, in der Flächenbindung, im Einlegetakt an der Formanlage, in der Kühlbahnhofkapazität.
„Diese Faktoren sind kein Overhead den man pauschal umlegt. Sie sind ein unveränderlicher Teil der Auftragsstruktur und der betrieblichen Organisation. Sie entstehen nicht weil jemand schlecht plant, sondern weil die Physik des Gießprozesses sie erzwingt."
Kletti und Schumacher nennen das die „Stückkostenfalle": Unternehmen versuchen hohe Maschinenstundensätze durch größere Lose umzulegen — und übersehen, dass die daraus resultierenden Prozesskosten die eingesparten Stückkosten bei weitem übersteigen. In einer Gießerei ist diese Falle noch tückischer, weil die Prozesskosten aus der Synchronisation eines ganzen Systems entstehen.
„Die Summe optimierter Einzelprozesse ergibt nicht das Optimum für den Gesamtprozess — das gilt in einer Gießerei mehr als irgendwo sonst."
Die Konsequenz für den Vertrieb
Wenn die verdeckten Kosten eines Auftrags sich aus seiner Wirkung auf das Planungssystem ergeben — aus Kastengewicht, Kernkomplexität, Kombinierbarkeit in der A/B-Planung, Kühlbahnhofbelastung — dann reicht die klassische Vertriebslogik nicht: „Holt Aufträge rein."
Dann braucht der Vertrieb einen zweiten Satz: „Holt Aufträge rein die unsere planerischen Gegebenheiten mitberücksichtigen und es möglich machen, die verdeckten Kosten zu reduzieren."
Das bedeutet nicht, dass man schwierige Aufträge ablehnt. Es bedeutet, dass man sie korrekt kalkuliert — mit allen Kosten, die sie im System verursachen, nicht nur mit den offensichtlichen. Und dass man bei der Akquise berücksichtigt welche Aufträge sich gegenseitig in der Planung ergänzen und welche sich gegenseitig behindern.
Goldratts Theory of Constraints liefert hier den theoretischen Rahmen: Nicht Tonnage am Engpass maximieren, sondern Deckungsbeitrag pro Engpassstunde. Aber selbst Goldratt geht von einem identifizierbaren, festen Engpass aus. In einer Gießerei ist der Engpass das Zusammenspiel von Charge, Formanlage, Kernverfügbarkeit und Kühlkapazität — ein System, kein einzelner Punkt.
Die Zielleistung und ihre Grenzen
Das System lässt sich nicht an jeder Stelle perfekt durchplanen. Es wird immer Restriktionen geben die sich nicht ändern lassen — ein Kernkastenbruch, eine Sandqualitätsschwankung, ein Eilauftrag der die A/B-Kombination über den Haufen wirft. Das ist die Realität. Das ist der Grund, warum die Zielleistung einer Formanlage in der Praxis selten dauerhaft erreicht wird.
Wichtig ist dann, dass man die durch dieses feinst vernetzte System entstehende Situation im Blick behält. Dass man die verdeckten Kosten kennt und in der Ressourcenplanung berücksichtigt. Dass man versteht welcher Auftrag welche Wirkung auf das Gesamtsystem hat.
„Ganz banal: Ein Gussteil mit idealem Kastengewicht verursacht andere Kosten als eines mit starker Abweichung. Nicht weil das Material teurer wäre — sondern weil der Aufwand im System ein anderer ist. Und dieser Aufwand gehört in die Kalkulation — nicht als Zuschlag, sondern als kalkulatorische Realität."
Was das für die Digitalisierung bedeutet
Standard-PPS-Systeme können das nicht leisten. Sie planen sequenziell wo simultan geplant werden müsste. Sie optimieren Einzelmaschinen, wo das System optimiert werden müsste. Sie rechnen mit festen Durchlaufzeiten wo Zeitfenster gegen einen Flüssigeisenstrom gehalten werden müssen. Sie kennen keine A/B-Planung, keine Charge-Logik, keine Kaskade von Formanlage über Kernvorlauf bis Kühlbahnhof.
Kurbel beschreibt das Grundproblem: Die Sukzessivplanung in ERP-Systemen behandelt eng verwobene Teilbereiche getrennt und nacheinander — und die mit hohem Aufwand errechneten Pläne sind oft schon nach wenigen Stunden überholt. In einer Gießerei, wo sich die Situation im Minutentakt ändert, ist dieses Auseinanderklaffen von Plan und Realität nicht die Ausnahme, sondern der Normalzustand.
„Die echte Chance für Digitalisierung in Gießereien liegt nicht darin, die Standard-PPS besser zu machen. Sie liegt darin, die Planungslogik zu bauen die eine Gießerei tatsächlich braucht — eine die Charge, Kasten, Kern und Kühlbahnhof gleichzeitig betrachtet, die verdeckten Kosten sichtbar macht und die Erfahrung des Planers ins System überführt."
Nicht um den Menschen zu ersetzen. Sondern um sicherzustellen, dass sein Wissen im System bleibt — auch wenn er eines Tages nicht mehr da ist.
Literatur & weiterführende Quellen
Kellner, Lienland & Lukesch: Produktionswirtschaft — Planung, Steuerung und Industrie 4.0. Springer. (PPS-Grundlagen)
Schuh (Hrsg.): Produktionsplanung und -steuerung. Springer. (Aachener PPS-Modell)
Claus, Herrmann & Manitz (Hrsg.): Produktionsplanung und -steuerung — Forschungsansätze, Methoden und deren Anwendungen. Springer.
Stoesser: Prozessoptimierung für produzierende Unternehmen. Springer. (Lean-Perspektive)
Luczak & Becker: Workflowmanagement in der Produktionsplanung und -steuerung. Springer.
Strohhecker & Größler (Hrsg.): Strategisches und operatives Produktionsmanagement. Gabler. (System Dynamics & Theory of Constraints)
Kletti & Schumacher: Die perfekte Produktion — Manufacturing Excellence. Springer.
Kurbel: ERP und SCM. de Gruyter.
P.S.: Gute Bücher, alle. Nur — sie beschreiben eine Welt in der Input plus Prozess gleich Output ergibt. In einer Gießerei kommt dazwischen noch Thermodynamik, Chemie und ein Zehnminuten-Fenster für 1.670 Kilogramm Flüssigeisen.
Wie gehen Sie in Ihrer Gießerei mit der Lücke zwischen MRP-Plan und Realität um? Wer macht bei Ihnen die A/B-Planung — und wie?